본 연구에서는, 미생물의 생합성을 통해 제조되는 poly(hydroxybutyrate) (PHB)와 poly(hydroxyoctanoate) (PHO)의 블랜드 특성을 알아보고자, Pseudomonas putida를 이용하여 PHO homopolymer를 제조하였고, 여러 가지 분석장치를 통하여 PHB/PHO 블랜드의 특성을 조사하였다.
Pseudomonas putida를 분양받고 PHO homopolymer를 생산하기 위하여 배양조건을 정립하였다. 상기 균주로부터 PHO를 합성하는 유일한 탄소원인 sodium octanoate를 F 배지에 각기 다른 농도로 첨가하여 플라스크 배양을 실시하였을 때, 저농도 배양시에는 $3 gl^{-1}$일때 균주 성장에 가장 적합했다. 고농도 배양을 위한 2단계 유가식 배양을 통해 $26 gl^{-1}$의 건조 세포 중량, $ 8.3 gl^{-1}$의 PHO를 제조하였고 $^{13}C NMR$을 이용하여 PHO homopoymer임을 확인하였다.
구입한 PHB와 실험실에서 제조한 PHO의 블랜드 실험은, 조성을 8:2(BO82), 6:4(BO64), 4:6(BO46), 2:8(BO28)로 구분하였고, 반응시간은 20시간까지로 하였다. Dibutyltin oxide를 촉매로 하고 nitrobenzene을 용매로 사용하였으며 반응온도는 150℃로 유지하였다.
DSC 분석을 통하여 PHB의 유리전이온도 ($T_g$)와 용융점($T_m$)이 각각 7.5℃와 174.9℃ 임을 확인하였고, PHO의 경우는 각각 -32.1℃와 59.3℃임을 알았다. 또한 PHB의 경우에는 급랭 후 52.7℃에서 재결정 피크가 생기는 반면, PHO는 재결정이 일어나지 않는 것으로부터, PHB 결정은 상대적으로 빠르게 생기는 반면, PHO의 재결정은 매우 느리게 일어남을 확인하였다. 블랜드의 경우는, 완전 혼합을 입증할만한 확연한 피크 이동은 관찰되지 않았다.
Polystyrene을 기준으로 할 때, PHB homopolymer의 Mw와 Mn은 각각 890,000과 210,000 이고, PHO의 경우는 290,000과 90,000임을, GPC 분석을 통하여 확인하였다. BO82, BO64, BO46은 모두 반응 4시간 이후에는 Mw가 50,000이하로 급격히 감소하는 반면 PHO의 분율이 80%인 BO28의 분자량 감소는 가장 미미하여 반응 8시간 후에도 분자량 220,000 이상을 유지하였다. DSC 결과와 더불어 dibutyltin oxide가 PHB부분에 선택적으로 반응하여 사슬을 끊는 작용을 하고 PHO에는 상대적으로 작은 반응성을 가짐을 확인하였다.
X선 회절을 이용하여 PHB,PHO와 PHB/PHO 블랜드의 결정화도를 측정하였다. PHB와 PHO는 각각 48.9%와 9%의 결정화도를 가지며 PHB/PHO 블랜드의 경우에는 조성에 선형적으로 비례하여 결정화도를 나타내었다. 같은 조성의 블랜드일 경우, 반응시간에는 무관한 것으로 나타났다.
$T_{ga}$ 분석결과 PHB와 PHO는 250℃ 부근에서 열분해가 일어나면서 질량감소가 급격히 이루어졌고 블랜드의 경우는 조성이 6:4일때 열분해가 30℃ 정도 낮은 온도에서 시작되었다. 다른 조성의 블랜드의 경우에도 homopolymer보다는 열 안정성이 떨어지는 것으로 나타났다. 이는 homopolymer의 segmant 변화뿐 아니라 전체적인 분자량의 감소에 기인함을 나타낸다.
mcl PHA만을 선택적으로 용해시키는 hexane을 이용하여 블랜드로 부터 PHO를 분리하고 SEM 사진을 통하여 두 homopolymer가 화학적 반응을 이루지 않고 서로 상분리 되어있는 몰폴로지를 확인하였다.
